Relativitātes teorija saka, ka masa irīpaša enerģijas forma. No tā izriet, ka ir iespējams masu pārvērst enerģijā un enerģiju masā. Intra atomu līmenī šādas reakcijas notiek. Jo īpaši noteikts atoma kodola masas daudzums var pārvērsties enerģijā. Tas notiek vairākos veidos. Pirmkārt, kodols var sadalīties vairākos mazākos kodolos, šo reakciju sauc par "sabrukšanu". Otrkārt, mazākus kodolus var viegli apvienot, lai iegūtu lielāku - tā ir kodolsintēzes reakcija. Visumā šādas reakcijas ir diezgan izplatītas. Pietiek teikt, ka kodolsintēzes reakcija ir zvaigžņu enerģijas avots. Sabrukšanas reakciju cilvēce izmanto kodolreaktoros, jo cilvēki ir iemācījušies kontrolēt šos sarežģītos procesus. Bet kas ir kodola ķēdes reakcija? Kā to pārvaldīt?
Kas notiek atoma kodolā
Kodolķēdes reakcija ir process, kas notiek, kadelementārdaļiņu vai kodolu sadursme ar citiem kodoliem. Kāpēc "ķēde"? Tas ir secīgu vienas kodolreakcijas kopums. Šī procesa rezultātā notiek sākotnējā kodola kvantu stāvokļa un nukleona sastāva izmaiņas, parādās pat jaunas daļiņas - reakcijas produkti. Kodola ķēdes reakcija, kuras fizika ļauj izpētīt kodolu mijiedarbības mehānismus ar kodoliem un ar daļiņām, ir galvenā metode jaunu elementu un izotopu iegūšanai. Lai saprastu ķēdes reakcijas gaitu, vispirms jātiek galā ar atsevišķām.
Kas nepieciešams, lai reaģētu
Lai veiktu tādu procesu kākodola ķēdes reakcija, ir nepieciešams tuvināt daļiņas (kodolu un kodolu, divus kodolus) tuvāk spēcīgas mijiedarbības rādiusa attālumam (aptuveni viens Fermi). Ja attālumi ir lieli, tad uzlādēto daļiņu mijiedarbība būs tīri Kulona. Kodolreakcijā tiek ievēroti visi likumi: enerģijas saglabāšana, leņķiskais impulss, impulss, bariona lādiņš. Kodola ķēdes reakciju norāda ar simbolu kopumu a, b, c, d. Simbols a apzīmē sākotnējo kodolu, b - ienākošo daļiņu, c - jauno izejošo daļiņu un d - iegūto kodolu.
Reakcijas enerģija
Kodola ķēdes reakcija var notikt kā arabsorbciju un ar enerģijas izdalīšanos, kas ir vienāda ar daļiņu masu starpību pēc reakcijas un pirms tās. Absorbētā enerģija nosaka sadursmes minimālo kinētisko enerģiju, tā saukto kodolreakcijas slieksni, pie kura tā var brīvi turpināt. Šis slieksnis ir atkarīgs no daļiņām, kas piedalās mijiedarbībā, un no to īpašībām. Sākumā visas daļiņas atrodas iepriekš noteiktā kvantu stāvoklī.
Reakcijas īstenošana
Galvenais uzlādēto daļiņu avots, kaskodols tiek bombardēts, ir daļiņu paātrinātājs, kas rada protonu, smago jonu un vieglo kodolu starus. Izmantojot kodolreaktorus, rodas lēni neitroni. Lai novērstu notikušās uzlādētās daļiņas, var izmantot dažāda veida kodolreakcijas, gan saplūšanu, gan sabrukšanu. To varbūtība ir atkarīga no daļiņu parametriem, kas saduras. Šī varbūtība ir saistīta ar tādu raksturlielumu kā reakcijas šķērsgriezums - efektīvā laukuma vērtība, kas raksturo kodolu kā krītošu daļiņu mērķi un kas ir daļiņas un kodola mijiedarbības varbūtības mērs. Ja reakcijā piedalās daļiņas ar vērpšanu, kas nav nulle, tad šķērsgriezums tieši atkarīgs no to orientācijas. Tā kā krītošo daļiņu griezieni ir orientēti ne visai haotiski, bet vairāk vai mazāk sakārtoti, tad visi korpusi būs polarizēti. Sijas orientēto griezienu kvantitatīvo raksturojumu raksturo polarizācijas vektors.
Reakcijas mehānisms
Kas ir kodola ķēdes reakcija?Kā jau minēts, šī ir vienkāršāku reakciju secība. Krītošās daļiņas raksturojums un mijiedarbība ar kodolu ir atkarīga no masas, lādiņa un kinētiskās enerģijas. Mijiedarbību nosaka kodolu brīvības pakāpe, kas satraukumā ir satraukti. Kontroles iegūšana pār visiem šiem mehānismiem ļauj veikt tādu procesu kā kontrolēta kodolķēdes reakcija.
Tiešas reakcijas
Ja lādēta daļiņa, kas ietriecasmērķa kodols to tikai pieskaras, tad sadursmes ilgums būs vienāds ar to, kas nepieciešams, lai pārvarētu kodola rādiusa attālumu. Šo kodolreakciju sauc par tiešu. Visu šāda veida reakciju kopīga iezīme ir neliela skaita brīvības pakāpju ierosināšana. Šādā procesā daļiņai pēc pirmās sadursmes joprojām ir pietiekami daudz enerģijas, lai pārvarētu kodola pievilcību. Piemēram, tādas mijiedarbības kā neelastīga neitronu izkliede, lādiņu apmaiņa un tiek dēvētas par tiešām. Šādu procesu ieguldījums raksturā, ko sauc par “pilnu sadaļu”, ir diezgan maz. Tomēr tiešas kodolreakcijas pārejas produktu sadalījums ļauj noteikt emisijas varbūtību no stara virziena leņķa, kvantu skaitļus, apdzīvoto stāvokļu selektivitāti un noteikt to struktūru.
Priekšsvara līdzsvara emisija
Ja daļiņa neatstāj kodolumijiedarbība pēc pirmās sadursmes, tad tā tiks iesaistīta visā secīgu sadursmju kaskādē. To faktiski sauc par kodolķēdes reakciju. Šīs situācijas rezultātā daļiņas kinētiskā enerģija tiek sadalīta starp kodola sastāvdaļām. Tas pats kodola stāvoklis pamazām kļūs daudz sarežģītāks. Šī procesa laikā enerģiju, kas ir pietiekama šī nukleona izdalīšanai no kodola, var koncentrēt uz kādu nukleonu vai visu kopu (nukleonu grupu). Turpmāka relaksācija novedīs pie statistiskā līdzsvara un salikta kodola veidošanās.
Ķēdes reakcijas
Kas ir kodola ķēdes reakcija?Šī ir tā sastāvdaļu secība. Tas ir, vairākas secīgas vienas kodolreakcijas, ko izraisa uzlādētas daļiņas, iepriekšējās darbībās parādās kā reakcijas produkti. Ko sauc par kodolķēdes reakciju? Piemēram, smago kodolu šķelšanās, kad vairākus skaldīšanas notikumus ierosina neitroni, kas iegūti iepriekšējos sabrukumos.
Kodolķēdes reakcijas iezīmes
Starp visām ķīmiskajām reakcijām vislielākāsķēde tika izplatīta. Daļiņas ar neizmantotām saitēm darbojas kā brīvie atomi vai radikāļi. Šādā procesā kā kodola ķēdes reakcija tās rašanās mehānismu nodrošina neitroni, kuriem nav Kulona barjeras un kuri pēc absorbcijas uzbudina kodolu. Ja barotnē parādās vajadzīgā daļiņa, tad tā izraisa turpmāko transformāciju ķēdi, kas turpināsies, līdz nesēja daļiņas zuduma dēļ ķēde pārtrūkst.
Kāpēc pazūd medijs?
Nesēja daļiņas zudumam ir tikai divi iemesli.nepārtraukta reakciju ķēde. Pirmais ir daļiņas absorbcija bez sekundārā emisijas procesa. Otrais ir daļiņas aiziešana ārpus vielas tilpuma robežas, kas atbalsta ķēdes procesu.
Divu veidu procesi
Ja katrā ķēdes reakcijas periodā dzimsttikai vienu daļiņu nesēju, tad šo procesu var saukt par sazarotu. Tas nevar izraisīt enerģijas izdalīšanos lielā apjomā. Ja nesēju daļiņu ir daudz, tad to sauc par sazarotu reakciju. Kas ir kodola ķēdes reakcija ar dakšiņu? Viena no sekundārajām daļiņām, kas iegūta iepriekšējā darbībā, turpinās agrāk iesākto ķēdi, bet citi radīs jaunas reakcijas, kas arī sazarosies. Izbeigšanas procesi konkurēs ar šo procesu. Tā rezultātā radīsies īpašas kritiskas un ierobežojošas parādības. Piemēram, ja pārtraukumu ir vairāk nekā tīri jaunas ķēdes, tad reakcijas pašpietiekama uzturēšana būs neiespējama. Pat ja tas tiek mākslīgi uzbudināts, ievadot nepieciešamo daļiņu skaitu dotajā barotnē, process tomēr laika gaitā (parasti diezgan ātri) izgaist. Ja jaunu ķēžu skaits pārsniedz pārtraukumu skaitu, kodola ķēdes reakcija sāks izplatīties visā vielā.
Kritiskā situācija
Kritiskais stāvoklis atdala valsts apgabaluvielas ar attīstītu pašpietiekamu ķēdes reakciju un vietu, kur šī reakcija vispār nav iespējama. Šo parametru raksturo vienādība starp jaunu ķēžu skaitu un iespējamo pārtraukumu skaitu. Tāpat kā brīvās nesējdaļiņas klātbūtne, arī kritiskais stāvoklis ir galvenā šāda saraksta pozīcija kā "kodolķēdes reakcijas īstenošanas nosacījumi". Šī stāvokļa sasniegšanu var noteikt pēc vairākiem iespējamiem faktoriem. Smagā elementa kodola dalīšanos uzbudina tikai viens neitrons. Tāda procesa kā kodola dalīšanās ķēdes reakcijas rezultātā rodas vairāk neitronu. Līdz ar to šis process var izraisīt sazarotu reakciju, kur neitroni darbosies kā nesēji. Gadījumā, ja neitronu uztveršanas ātrums bez dalīšanās vai emisijas (zaudējumu ātrums) tiek kompensēts ar nesēju daļiņu pavairošanas ātrumu, ķēdes reakcija notiks stacionārā režīmā. Šī vienlīdzība raksturo reizināšanas koeficientu. Iepriekš minētajā gadījumā tas ir vienāds ar vienu. Kodolenerģijā, pateicoties negatīvās atgriezeniskās saites ieviešanai starp enerģijas izdalīšanās ātrumu un reizināšanas koeficientu, ir iespējams kontrolēt kodolreakcijas gaitu. Ja šis koeficients ir vairāk nekā viens, tad reakcija attīstīsies eksponenciāli. Kodolieročos tiek izmantotas nekontrolētas ķēdes reakcijas.
Kodolķēdes reakcija enerģētikā
Reaktora reaktivitāti nosaka lielaisprocesu skaits, kas notiek tā kodolā. Visas šīs ietekmes nosaka tā dēvētais reaktivitātes koeficients. Grafīta stieņu, dzesēšanas šķidrumu vai urāna temperatūras izmaiņu ietekmi uz reaktora reaktivitāti un tāda procesa kā kodolķēdes reakcijas intensitāti raksturo temperatūras koeficients (dzesēšanas šķidrumam, urānam, grafītam). Ir atkarīgas arī jaudas, barometrisko indikatoru, tvaika indikatoru īpašības. Lai uzturētu kodolreakciju reaktorā, daži elementi jāpārvērš citos. Lai to izdarītu, jāņem vērā kodolķēdes reakcijas norises apstākļi - tādas vielas klātbūtne, kas sabrukšanas laikā spēj sadalīties un atbrīvot no sevis noteiktu daudzumu elementārdaļiņu, kas rezultātā , izraisīs atlikušo kodolu sadalīšanos. Kā šādu vielu bieži lieto urānu-238, urānu-235, plutoniju-239. Kodolķēdes reakcijas laikā šo elementu izotopi sadalīsies un veidos divas vai vairākas citas ķīmiskas vielas. Šajā procesā tiek izstaroti tā sauktie "gamma" stari, notiek intensīva enerģijas izdalīšanās, veidojas divi vai trīs neitroni, kas spēj turpināt reakcijas darbības. Izšķir lēnos un ātros neitronus, jo, lai atoma kodols sadalītos, šīm daļiņām ir jālido noteiktā ātrumā.
